Development of bulk optical metamaterial that can observe negative refraction

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01902
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: OKAMOTO Toshihiro 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (60274263)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原口 雅宣 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20198906)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光メタマテリアル / バルク / 負屈折現象 / スプリットリング共振器

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to realize mass production of metaatoms and establishment of three-dimensional placement technology with the aim of realizing bulk optical metamaterials in which negative refraction can be observed.
The main results are as follows. (1) Fabrication of meta-atom using nanosphere lithography method and construction of 2D and 3D placement technology of meta-atom. (2) Construction of a method for measuring the effective refractive index tensor of metamaterial thin films. (3) Construction of a simulation method to calculate the effective refractive index of a metamaterial consisting of meta-atoms of arbitrary shape. (4) Realization of shorter operating wavelength by using low refractive index embedded material.
However, a bulk metamaterial in which the negative refraction phenomenon in the visible light wavelength band can be observed has not yet been realized.

Free Research Field

光工学・光量子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

可視光波長動作や目視が可能な負屈折現象の実現はまだ達成できていないが、本研究によって厚みのあるバルクメタマテリアル作製に必要な要素技術が進歩したことにより、自然界には存在しなかった様々な比誘電率、比透磁率、屈折率などを持つ新しい光学材料が得られるようになると期待される。これにより、様々な光学機器の性能向上の他、メタマテリアル特有の新たな光学現象を利用した応用が進むなど、これまで作製困難であったため行われていなかったバルク光メタマテリアルに関する研究や応用開発の加速が期待される。